技术领域本发明涉及核设备馈通件领域，具体是一种适用于强磁场及辐射条件下的多功能真空馈通件。
背景技术：
中科院等离子体物理研究所是国内主要从事聚变物理及聚变工程技术研究的科研单位，拥有全超导型聚变试验装置EAST，并且是国内参加国际热核聚变实验反应堆ITER装置建设的主要单位。为了对对聚变等离子体物理及聚变反应堆有深入的研究，需要有一系列的物理诊断与运行测控设备对等离子体的物理状态进行实时的测控，同时对聚变核辐射装置的运行参数及安全参数进行测控，这需要将电信号探测系统深入装置内部，这要求在核辐射装置壳体上形成开放的通道的同时,维持聚变核装置运行过程中内部的高真空状态，这使得维持真空隔离的电馈通件成为必须的关键部件产品。在核辐射装置中，热环境会装置内部测试硬件产生不利影响。在聚变反应条件下，等离子体温度能够被加热到1亿摄氏度，这会产生强烈的等离子体热辐射，这是第一种热源。聚变反应产生的中子对所有邻近的物体也产生核加热效应，这是第二种热源。由于聚变真空的要求，为了防止装置内部部件材料产生的杂质气体对聚变反应的破坏效应，装置内部部件运行时会将被加热到150°C甚至200°C以上以便去除和测控杂质气体的沉积或附着，这是第三种热源。探测器本身由于通电，也会产生加热效应，这是第四种热源。所有这些热源所带来的升温，会使探测器的信噪比降低甚至直接损坏探测器。因此，针对这些探测器件的强制冷却成了不可缺少的要求。针对探测器冷却的流体通道设计，必须同时满足聚变装置的真空防护要求。同时，由于冷却水的特殊制冷功率要求，冷却水会采用高压过饱和水，使水流体温度在超过100°C时，仍然保持液体状态,这要求水压远远高于普通供水压力。因此，本产品设计必须在维持真空隔离的条件下，能够承受高流体压力（最大可以到7MPa）和高温（超过100°C），并可靠地提供冷却流体的馈通功能。这使本产品是隔离高真空的、耐高温和耐高压的部件。由于核辐射装置中有中子辐射，为了环境保护，要求馈通件开口面积越小越好，使用的馈通件的数量越少越好，这是设计研制具有复合功能且结构紧凑的真空馈通件的驱动力。不仅如此,为了避免由于安装馈通件的开口导致辐射装置外部的中子流及辐射剂量的升高,这种复合功能的紧凑型真空馈通件本身也应该具有中子屏蔽与辐射防护的功能。由于在辐射环境条件下，人员进行直接接触操作以进行安装维护的条件受到限制，所以需要通过自动化设备或机器人进行操作，这对该产品的远程操作的兼容性提出了要求。为此，本发明设计了该产品的可远程操作接口，使其安装维护过程可以与遥操作设备兼容。本产品总体上属于核工业应用环境下的机械产品，具有可远程操作、可以屏蔽中子辐射的功能，同时它也可以用于通用工业中的真空隔离条件下的电信号及供水、供气的连接。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种适用于强磁场及辐射条件下的多功能真空馈通件，以实现核设备在中子辐射屏蔽下的内外流体及电信号馈通。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种适用于强磁场及辐射条件下的多功能真空馈通件，其特征在于：该真空馈通件是安装在核设备的隔板法兰上，它包括馈通件内插口、馈通件中间体、馈通件外插口。所述馈通件中间体是一个多层套管结构，相邻套管之间有夹层，每个夹层的前、后端分别用挡环密封，且每个夹层内分别设有多道将所在夹层隔断的中子辐射屏蔽墙，其中至少一个夹层的前端挡环上安装有水管接头，该夹层作为水流夹层，至少一个夹层的前端挡环上安装有气管接头，该夹层作为气流夹层，水流夹层、气流夹层前端的挡环中还分别安装有通入对应夹层内的管路，馈通件中间体中心的最内层套管中设有多个将最内层套管隔断的中子辐射屏蔽层，以及一对被多个中子辐射屏蔽层隔开的电连接件，两电连接件之间通过穿过各个中子辐射屏蔽层的连接线电连接；所述馈通件中间体整体同轴装配在隔板法兰的法兰孔中，馈通件中间体前端从法兰孔伸出至核设备外的大气侧，馈通件中间体后端从法兰孔伸出至核设备内的辐射侧，馈通件中间体中最外层套管上同轴固定有密封法兰，密封法兰与隔板法兰前侧法兰面面连接并构成密封；核设备中的水管从馈通件中间体的水流夹层后端挡环穿入水流夹层中，且核设备的水管在水流夹层中穿过各个中子辐射屏蔽墙后与水管接头连接，通过水管接头实现核设备的水管和大气侧水源的连接；核设备中的气管从馈通件中间体的气流夹层后端挡环穿入气流夹层中，且核设备的气管在气流夹层中穿过各个中子辐射屏蔽墙后与气管接头连接，通过气管接头实现核设备的气管和大气侧气源的连接；由水流夹层前端水管接头、气流夹层前端气管接头，实现核设备辐射侧与大气侧之间流体馈通，由夹层中的中子辐射屏蔽墙实现辐射屏蔽；核设备中的电信号线从馈通件中间体最内层套管后端穿入最内层套管，且核设备中的电信号线与最内层套管中其中一个电连接件电连接；大气侧远程测控设备的电信号线从馈通件中间体最内层套管前端穿入最内层套管，且远程测控设备的电信号线与最内层套管中另一个电连接件电连接；通过馈通件中间体最内层套管中的电连接件，实现核设备辐射侧与大气侧之间电信号馈通，通过最内层套管中的中子辐射屏蔽层实现辐射屏蔽。馈通件中间体中最外层套管上还同轴固定有中空的回抽法兰，回抽法兰前侧法兰面安装有多个分别与回抽法兰内连通的回抽管，且多个回抽管呈均匀分布，回抽法兰后侧法兰面安装有与回抽法兰内连通的抽管，抽管穿过定位法兰后连通至密封法兰与隔板法兰之间外侧，由回抽法兰、回抽管和抽管实现在密封法兰出现泄露时对辐射气体类介质的采集与回收。馈通件中间体最内层套管中间位置设有针对最内层套管的绝缘支撑结构，馈通件中间体最内层套管中前、后侧亦分别设有针对最内层套管的绝缘支撑结构，绝缘支撑结构分别由可抵御电磁力的材料制成，最内层套管中电连接件之间的连接线穿过各个绝缘支撑结构，由各个绝缘支撑结构支撑连接线。所述馈通件内插口为可伸缩的管件，馈通件内插口上安装有至少一个管路支撑板，馈通件内插口前端管口中安装有电连接件，馈通件内插口中还设有绝缘支撑，核设备的电信号线穿入馈通件内插口中，由绝缘支撑件支撑核设备的电信号线，且核设备的电信号线连接在馈通件内插口前端管口的电连接件上，核设备的气管、水管分别穿过管路支撑板，由管路支撑板支撑核设备的气管、水管；所述馈通件内插口前端从馈通件中间体后端插接在馈通件中间体内，且馈通件内插口前端电连接件与馈通件中间体中其中一个电连接件电连接，馈通件内插口上管路支撑板支撑的水管、气管，分别对应从馈通件中间体的水流夹层、气流夹层后端挡环穿入对应的夹层中。所述馈通件内插口上还设有实现自身伸缩时导向的导向机构。所述馈通件外插口为可伸缩的管件，馈通件外插口后端管口中安装有电连接件，馈通件外插口中还设有绝缘支撑，远程测控设备的电信号线穿入馈通件外插口中，由绝缘支撑件支撑远程测控设备的电信号线，且远程测控设备的电信号线连接在馈通件外插口后端管口的电连接件上；所述馈通件外插口前端从馈通件中间体前端插接在馈通件中间体内，且馈通件外插口后端电连接件与馈通件中间体中另一个电连接件电连接。所述馈通件外插口上还设有实现自身伸缩时导向的导向机构。所述馈通件中间体的前、后端分别同轴连接有定位套管，通过定位套管实现馈通件外插口、馈通件内插口的定位插接。所述密封法兰与隔板法兰结合处外密封安装有真空护套，由真空护套构成密封法兰与隔板法兰之间的密封。本发明中，馈通件中间体采用了多层套管结构设计，在减少了接口法兰数量和接口占用面积的同时，具有电信号馈通、流体馈通的功能。本发明中，在实现电信号馈通的馈通件中间体最内层套管中，针对电连接件之间的连接线、辐射侧和大气侧的电信号线，设计了可抵御电磁力的绝缘支撑结构。本发明中，考虑了核设备条件下的远程维护要求，采用了将所有水管接头、气管接头置于真空馈通件的前侧即大气侧的设计，这主要是因为在核设备的安装及维护过程中，管道的固定、焊接、切割等必须在人员及操作设备可接近的装置大气侧进行。本发明中，由于真空类核设备的辐射气体的安全防护要求，为了防止关键真空的密封法兰出现泄露带来的辐射气体类介质泄漏，设计了回抽法兰结构，利用回抽法兰上回抽管、抽管采集与回收密封法兰泄露的气体，由于真空流导参数的限制、法兰结构尺寸的限制以及周围空间的限制，这种采集与回收结构，采用了均布式回收管道结构，能够在不增加前端真空管道直径的条件下，增大总体回收气路的流导，保证了对真空泄露的防护能力。本发明中，由于该多功能真空馈通件的使用要求核设备增设开放窗口，用以安装真空馈通件中间体，这会导致核设备外的环境受到增强的中子辐射的影响，为此本发明在馈通件中间体的水流、气流夹层中，设置了多道中子辐射屏蔽墙结构，在实现电馈通的馈通件中间体最内层套管中也设置了中子辐射屏蔽层，这种设计可以在不增加额外体积的条件下，满足了中子辐射防护要求，也增强了产品整体的结构强度。本发明中，由于该多功能真空馈通件产品用于核设备，在核设备的维护过程中，可在不影响产品整体结构的前提下，对产品上的气管接头、水管接头进行多次的切割、焊接和维护检查。与现有技术相比，本发明优点为：（1）、本发明将传统的普通电馈通件设计成了具有辐射隔离功能的电馈通件，可用于核设备内外的流体、电信号辐射屏蔽馈通。（2）、本发明具有高真空隔离的能力。（3）、本发明能够将那些有可能通过密封法兰渗透出来的微量放射性气体，导回辐射气体处理系统，从而保证无放射性泄露。（4）、本发明首次在国内外采用同轴套管结构设计，中心最内层套管为实现电馈通的结构，其周围有多层流体夹层，流体在通过的同时，对电信号零件进行了主动冷却和辐射屏蔽保护。（5）、本发明对实现电馈通的连接线、电信号线采用专门的绝缘支撑，减少了环境磁场变化所带来的电磁力对连接线、电信号线的影响。（6）、本发明通过对辐射屏蔽结构的设计，既加强了流体通道的承高压能力，也增强了电测试信号传输芯的抗电磁力干扰能力。（7）、本发明设计了组合管道，实现了真空泄露实时监测的能力与实时维持真空的能力。附图说明图1为本发明整体结构立体外视图。图2为本发明整体结构侧剖视图。图3为本发明馈通件中间体结构立体外视图。图4为本发明馈通件中间体结构侧剖视图。图5为本发明馈通件外插口结构立体外视图。图6为本发明馈通件外插口结构侧剖视图。图7为本发明馈通件内插口结构立体外视图。图8为本发明馈通件内插口结构侧剖视图。具体实施方式如图1—图4所示，一种适用于强磁场及辐射条件下的多功能真空馈通件，该真空馈通件是安装在核设备的隔板法兰1上，它包括馈通件内插口23、馈通件中间体2、馈通件外插口27。馈通件中间体2是一个多层套管结构，其中，相邻套管3之间有夹层4，每个夹层4的前、后端分别通过挡环5密封，且每个夹层4内分别设有多道将所在夹层4隔断的中子辐射屏蔽墙6，其中至少一个夹层的前端挡环上安装有水管接头7，该夹层作为水流夹层，至少一个夹层的前端挡环上安装有气管接头8，该夹层作为气流夹层，水流夹层、气流夹层前端的挡环中还分别安装有通入对应夹层内的管路9，馈通件中间体2中心的最内层套管10中设有多个将最内层套管10隔断的中子辐射屏蔽层11，以及一对被多个中子辐射屏蔽层11隔开的电连接件12.1、12.2，两电连接件12.1、12.2之间通过穿过各个中子辐射屏蔽层11的连接线13电连接；馈通件中间体2整体同轴装配在隔板法兰1的法兰孔中，馈通件中间体2前端从法兰孔伸出至核设备外的大气侧，馈通件中间体2后端从法兰孔伸出至核设备内的辐射侧，馈通件中间体2中最外层套管上同轴固定有密封法兰14，密封法兰14与隔板法兰1前侧法兰面面连接并构成密封；核设备中的水管15从馈通件中间体2中水流夹层后端挡环穿入水流夹层中，且核设备的水管15在水流夹层中穿过各个中子辐射屏蔽墙6后与水管接头7连接，通过水管接头7实现核设备的水管和大气侧水源的连接；核设备中的气管16从馈通件中间体2中气流夹层后端挡环穿入气流夹层中，且核设备的气管16在气流夹层中穿过各个中子辐射屏蔽墙后与气管接头8连接，通过气管接头8实现核设备的气管和大气侧气源的连接；由水流夹层前端水管接头7、气流夹层前端气管接头8，实现核设备辐射侧与大气侧之间流体馈通，由夹层中的中子辐射屏蔽墙6实现辐射屏蔽；核设备中的电信号线17从馈通件中间体2最内层套管10后端穿入最内层套管10，且核设备中的电信号线17与最内层套管10中其中一个电连接件12.1电连接；大气侧远程测控设备的电信号线18从馈通件中间体2最内层套管10前端穿入最内层套管10，且远程测控设备的电信号线18与最内层套管10中另一个电连接件12.2电连接；通过馈通件中间体2最内层套管10中的电连接件12.1、12.2，实现核设备辐射侧与大气侧之间电信号馈通，通过最内层套管10中的中子辐射屏蔽层11实现辐射屏蔽。馈通件中间体2中最外层套管上还同轴固定有中空的回抽法兰19，回抽法兰19前侧法兰面安装有多个分别与回抽法兰19内连通的回抽管20，且多个回抽管20呈均匀分布，回抽法兰19后侧法兰面安装有与回抽法兰内连通的抽管21，抽管21穿过定位法兰33后连通至密封法兰14与隔板法兰1之间外侧，由回抽法兰19与回抽管20、抽管21实现密封法兰14出现泄露时辐射气体类介质的采集与回收。馈通件中间体2最内层套管10中间位置设有隔断最内层套管10的绝缘支撑结构22，馈通件中间体2最内层套管10中前、后侧亦分别设有隔断最内层套管的绝缘支撑结构，绝缘支撑结构22分别由可抵御电磁力的材料制成，最内层套管10中电连接件12.1、12.2之间的连接线13穿过各个绝缘支撑结构22，由各个绝缘支撑结构22支撑连接线13。如图7、图8所示，还包括设置在核设备内辐射侧的馈通件内插口23，该馈通件内插口23为可伸缩的管件，馈通件内插口23上安装有至少一个管路支撑板24，馈通件内插口23前端管口中安装有电连接件25，馈通件内插口23中还设有绝缘支撑34.1，核设备的电信号线17穿入馈通件内插口23中，由绝缘支撑34.1支撑核设备的电信号线17，且核设备的电信号线17连接在馈通件内插口23前端管口的电连接件25上，核设备的气管16、水管15分别穿过管路支撑板24，由管路支撑板24支撑核设备的气管16、水管15；馈通件内插口23前端从馈通件中间体2后端插接在馈通件中间体2内，且馈通件内插口23前端电连接件25与馈通件中间体2中其中一个电连接件12.1电连接，馈通件内插口23上管路支撑板支撑24的水管15、气管16，分别对应从馈通件中间体2的水流夹层、气流夹层后端挡环穿入对应的夹层中。馈通件内插口23上还设有实现自身伸缩时导向的导向机构26。如图5、图6所示，还包括设置在核设备外大气侧的馈通件外插口27，该馈通件外插口27为可伸缩的管件，馈通件外插口27后端管口中安装有电连接件28，馈通件外插口27中还设有绝缘支撑34.2，远程测控设备的电信号线18穿入馈通件外插口27中，由绝缘支撑34.2支撑远程测控设备的电信号线18，且远程测控设备的电信号线18连接在馈通件外插口27后端管口的电连接件28上；馈通件外插口27前端从馈通件中间体2前端插接在馈通件中间体2内，且馈通件外插口27后端电连接件28与馈通件中间体2中另一个电连接件12.2电连接。馈通件外插口27上还设有实现自身伸缩时导向的导向机构29。如图1—图4所示，馈通件中间体2的前、后端分别同轴连接有定位套管30，通过定位套管30实现馈通件外插口27、馈通件内插口23的定位插接。密封法兰14与隔板法兰1结合处外密封安装有真空护套31，由真空护套31构成密封法兰14与隔板法兰1之间的密封。具体实施例：如图1—图4所示，本发明中，馈通件中间体2中心的最内层套管10外，依次套有三层套管3，三层套管从内至外依次为进水套管3.1、气层套管3.2、出水套管3.3，进水套管3.1、气层套管3.2、出水套管3.3的轴向长度均小于最内层套管10，由进水套管3.1与最内层套管10之间夹层构成进水用的水流夹层，由气层套管3.2与进水套管3.1之间夹层构成气流夹层，由气层套管3.2与出水套管3.3之间夹层构成出水用的水流夹层，每个夹层前、后端分别通过挡环5密封形成密封空间，水流夹层前端挡环上分别安装有水管接头，气流夹层前端挡环上安装有气管接头8。同时，水流夹层前端挡环上分别安装有通入水流夹层中的管路，气流夹层前端挡环上安装有通入气流夹层中的管路，从前端通入水流夹层、气流夹层中的管路整体呈均匀环形分布。在各个水流夹层中、气流夹层中设置的中子辐射屏蔽墙6采用钨环，通过钨环实现中子辐射屏蔽。馈通件中间体2中心最内层套管10，由同轴的前段套管10.1和后段套管10.2构成，前段套管10.1与后段套管10.2之间通过环形连接体32连接，环形连接体32中设置有一个绝缘支撑结构，该绝缘支撑结构采用陶瓷板22.1，在前段套管10.1内、后段套管10.2内分别设有绝缘体22.2作为绝缘支撑结构，前段套管内绝缘体后侧面、后段套管内绝缘体前侧面分别紧贴设置有钨板，以钨板作为最内层套管10中的中子辐射屏蔽层11。在前段套管10.1内采用母头作为电连接件12.2，在后段套管10.2内采用公头作为电连接件12.1。馈通件中间体2中，最外层套管上还固定有定位法兰33，该定位法兰33将密封法兰14压紧在隔板法兰1上。如图5、图6所示，馈通件外插口27由同轴的前、后段管体27.1、27.2构成，后段管体27.2的后端管口中采用公头作为电连接件28，该电连接件28与馈通件中间体2前段套管10.1内的采用母头的电连接件12.2电连接。前、后段管体27.1、27.2之间通过波纹管27.3连接。前段管体27.1的后端、后段管体27.2的前端分别套装有导向支撑板29.1，导向支撑板29.1之间安装有导向轴29.2，且导向轴29.2与导向支撑板29.1之间相对滑动配合，由导向支撑板29.1、导向轴29.2构成导向机构29。如图7、图8所示，馈通件内插口23由同轴的前、后段管体23.1、23.2构成，前段管体23.1的前端管口中采用母头作为电连接件25，该电连接件25与馈通件中间体2后段套管10.2内的采用公头的电连接件12.1电连接。前、后段管体23.1、23.2之间通过波纹管23.3连接。前、后段管体外还套有外筒体23.4，其中前段管体23.1前端从外筒体23.4前端穿出，穿出部的后侧套装有定位筒23.5，管路支撑板24安装在外筒体23.4上。外筒体23.4内壁与前段管体23.1外壁之间通过径向凸连体23.6、径向凹连体23.7连接。外筒体23.4内，在前段套管23.1后端、后段套管23.2前端上分别套装有导向支撑板26.1，两导向支撑板之间安装有导向轴26.2，且导向轴26.2与导向支撑板26.1之间相对滑动配合，由导向支撑板26.1、导向轴26.2构成导向机构26。